(57)【要約】【課題】不平衡電圧値のばらつきが少なく温度変化に対して変動しないホール素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】ホール素子チップ（２）と封止樹脂（８）との間に多孔質樹脂層（７）を設け、ホール素子チップ（２）の表面と多孔質樹脂層（７）との間に空隙部（９）を設けた。また、ホール素子チップ（２）の表面に固体の空隙形成材（６ａ）を被着し、固体の空隙形成材（６ａ）とホール素子チップ（２）とを硬化前の熱硬化性発泡樹脂（７ｃ）で被覆し、昇温により、固体の空隙形成材（６ａ）を気化して除去し固体の空隙形成材（６ａ）の形状に相当する空隙（９）を形成すると共に、熱硬化性発泡樹脂（７ｃ）を発泡させつつ硬化させて多孔質樹脂層（７）を形成した。また、空隙形成材（６）を水にした。【選択図】      図１
2005019806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームと前記リードフレームに電気的に接続されたホール素子チップとを有し、前記ホール素子チップを樹脂で封止して成るホール素子において、
前記ホール素子チップと前記樹脂との間に多孔質樹脂層を設け、
前記ホール素子チップの表面の少なくとも一部と前記多孔質樹脂層との間に空隙部を設けて成ることを特徴としたホール素子。
【請求項２】
リードフレームと前記リードフレームに電気的に接続されたホール素子チップとを有し、前記ホール素子チップを樹脂で封止して成るホール素子の製造方法において、
前記ホール素子チップの表面の少なくとも一部に固体の空隙形成材を被着する工程と、
前記固体の空隙形成材と前記ホール素子チップとを硬化前の熱硬化性発泡樹脂で被覆する工程と、
昇温により、前記固体の空隙形成材を気化して除去し前記固体の空隙形成材の形状に相当する空隙を形成すると共に、前記熱硬化性発泡樹脂を発泡させつつ硬化させて多孔質樹脂層を形成する工程とを有することを特徴とするホール素子の製造方法。
【請求項３】
前記空隙形成材が水であることを特徴とする請求項２記載のホール素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホール素子及びその製造方法に係り、特に、温度変化に伴う不平衡電圧の変化が少ないホール素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホール素子は、一般に、半導体チップ２０と、外部の部材と電気的接続をするための２対のリードフレーム（端子）３０と、半導体チップ２０から出力される信号をリードフレーム３０に接続するためのワイヤ４０とを備え、リードフレーム３０の一部を露出させつつこの素子全体をモールドする樹脂８０とからなる構造である。
【０００３】
このホール素子の一例を図７に示す。図７（Ｂ）は外観斜視図であり、図７（Ａ）は図７（Ｂ）におけるＳ−Ｓ断面図である。
このホール素子の形成プロセスを図６を用いて説明する。図６は模式的断面図である。
【０００４】
＜ダイボンディング＞
まず、周知の方法で半導体ウエハ（半導体チップ）２０を作成し〔図６（Ａ）参照〕、この半導体チップ２０の感磁面Ｍがリードフレームの反対側になるようにして半導体チップ２０をリードフレーム３０上に装着する〔図６（Ｂ）参照〕。
＜ワイヤボンディング＞
次に、半導体チップ２０とリードフレーム３０とをワイヤー４０により電気的に接続する〔図６（Ｃ）参照〕。
＜モールディング＞次に、樹脂８０により半導体チップ２０を封止する〔図６（Ｄ）参照〕。
＜フォーミング＞
次に、リードフレーム３０を所定長さと形状となるように切断しフォーミングを行う〔図６（Ｅ）参照〕。
【０００５】
このようにして形成されるホール素子の不平衡電圧の温度特性の一例を図８に示す。不平衡電圧とは、ホール素子を貫く磁界が無いにもかかわらず、出力端子間に発生する電圧のことであり、測定誤差となる電圧である。
従来のホール素子の不平衡電圧は、同じ温度下であっても、素子それぞれがある程度のばらつきをもって異なる電圧値を示すものであった。
また、この不平衡電圧は、ホール素子の周囲温度の変化によって、直線的あるいは非線形的に変化したり、低温域で大きく変化したり、温度勾配が一定でないなど、その変化の種類やばらつきが大きいものであった。即ち、従来のホール素子は、いわゆる温度特性が良いものではなかった。
【０００６】
この不平衡電圧が温度によって変動する原因は、以下のとおりである。
即ち、ホール素子の半導体チップを取り囲んでモールドしている樹脂が、周囲の温度変化に応じて熱膨張あるいは熱収縮し、それにより半導体チップに応力が加わって半導体導電層の特性に変化が生じるというものである。
これは、半導体チップを樹脂でモールドする前と後との特性を比較した場合に、
モールド後の不平衡電圧の方が、その絶対値のばらつきが大きく、また、温度変化による変動が大きくなるという測定結果から裏付けられている。
【０００７】
そこで、この問題点を解決するため、半導体チップを樹脂でモールドする際に、樹脂と半導体チップとの間に不活性ガスを注入し、このガスを封入した空間を形成することで半導体チップに加わる応力を抑制するようにしたホール素子が提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２０８８２９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、不活性ガスを注入して形成する空間は、個々のホール素子でその形状や体積が一定にならない。そのため、応力抑制程度が一定ではなく、不平衡電圧値のばらつきや、不平衡電圧の温度変化によるばらつきが必ず生じて測定誤差となってしまうという問題があった。
【００１１】
また、例えば、ホール素子を電流センサーとして用いる場合、電流に比例する磁界を検出する必要があるが、このように不平衡電圧が生じていると、電流センサーの出力端子間に測定誤差となる電圧が発生していることになる。
【００１２】
そのため、この不平衡電圧をゼロにする補正が必要となるが、不平衡電圧の温度に対する変化のバラツキが大きいと、ホール素子１つずつを個々に調整しなければならず、膨大な工数が必要になるという問題があった。
【００１３】
そこで本発明が解決しようとする課題は、個々の不平衡電圧値のばらつきが少なく、この不平衡電圧が温度変化に対して変動しないホール素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願発明は手段として次の構成を有する。
即ち、請求項１に係る発明は、リードフレーム（３）と前記リードフレーム（３）に電気的に接続されたホール素子チップ（２）とを有し、前記ホール素子チップ（２）を樹脂（８）で封止して成るホール素子において、
前記ホール素子チップ（２）と前記樹脂（８）との間に多孔質樹脂層（７）を設け、前記ホール素子チップ（２）の表面の少なくとも一部と前記多孔質樹脂層（７）との間に空隙部（９）を設けて成ることを特徴としたホール素子（１０）である。
【００１５】
また、本願発明は手段として次の手順を有する。
即ち、請求項２に係る発明は、リードフレーム（３）と前記リードフレーム（３）に電気的に接続されたホール素子チップ（２）とを有し、前記ホール素子チップ（２）を樹脂（８）で封止して成るホール素子の製造方法において、
前記ホール素子チップ（２）の表面の少なくとも一部に固体の空隙形成材（６ａ）を被着する工程と、前記固体の空隙形成材（６ａ）と前記ホール素子チップ（２）とを硬化前の熱硬化性発泡樹脂（７ｃ）で被覆する工程と、昇温により、前記固体の空隙形成材（６ａ）を気化して除去し前記固体の空隙形成材（６ａ）の形状に相当する空隙（９）を形成すると共に、前記熱硬化性発泡樹脂（７ｃ）を発泡させつつ硬化させて多孔質樹脂層（７）を形成する工程とを有することを特徴とするホール素子（１０）の製造方法であり、
請求項３に係る発明は、前記空隙形成材（６）が水であることを特徴とする請求項２記載のホール素子（１０）の製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図５を用いて説明する。
図１は、本発明のホール素子の実施例を示す断面図であり、
図２は、本発明のホール素子の実施例を製造する工程を説明する図であり、
図３は、本発明のホール素子の実施例における不平衡電圧を示す図であり、
図４は、本発明のホール素子の実施例を示す斜視図である。
図５は、本発明のホール素子の実施例を製造する方法を説明する図である。
【００１７】
ホール素子は、電磁変換素子であって磁気を電気に変換する素子である。
図４に示すように、本発明の実施例のホール素子１０は、本体１から外部に延出した２対の端子３ａ〜３ｄを有した外観を有している。これらの端子は、内部に封止したホール素子チップ（以下、半導体チップと称する）２と電気的に接続されている。
このホール素子１０は、２対の端子の内、１つの対極をなす端子（入力端子）３ａ，３ｄ間に電圧（電流）を加え、本体１の天面Ｍに対して直交する方向に貫く磁界を加えることで、入力端子３ａ，３ｄがなす方向と概ね９０度の角度をなす他の２つの端子（出力端子）３ｂ，３ｃ間に、加えた磁界の大きさに応じた電位差を発生するものである。
【００１８】
このホール素子１０を貫く磁界が無いにも拘わらず出力端子３ｂ，３ｃ間に電圧が発生する場合、この電圧が不平衡電圧であり測定誤差となる電圧である。
【００１９】
本発明のホール素子の実施例を製造する方法を、図２を用いて説明する。
【００２０】
（工程１）〔図２（Ａ），（Ｂ）参照〕
周知の方法により、感磁面Ｍを有する半導体チップ２を作成し、この半導体チップ２の感磁面Ｍがリードフレーム３の反対側になるように半導体チップ２をリードフレーム３上に装着する。
【００２１】
（工程２）〔図２（Ｃ）参照〕
半導体チップ２とリードフレーム３とをワイヤー４により電気的に接続する。
【００２２】
（工程３）〔図２（Ｄ）参照〕
半導体チップ２の天面（感磁面Ｍ）に常温で液体の犠牲材６を塗布した後、その凝固点以下に降温させて固化させる。この犠牲材は、後述する空隙を形成するための空隙形成材である。
【００２３】
（工程４）〔図２（Ｅ）参照〕
固化した犠牲材６を含んで半導体チップ２を包むように発泡性樹脂７を塗布する。この工程は、固化した犠牲材６が溶融しない温度で行う。
この発泡性樹脂７は、発泡開始温度以上で発泡しつつ硬化するものであり、その発泡開始温度が犠牲材６の融点より高く、沸点よりも低くなるように、犠牲材６と発泡性樹脂７とを選定する。
【００２４】
（工程５）〔図２（Ｆ）参照〕
犠牲材６と発泡性樹脂７とを発泡性樹脂の発泡開始温度以上に昇温させて維持する。この温度になると、犠牲材６は液化する一方、発泡性樹脂は発泡を開始する。これにより、液化した犠牲材６は発泡により生じた泡部７ａに取り込まれて保持される。
本体１の天面上には、固化していた犠牲材７の部分が発泡により生じた発泡ガスに占められた空間として形成される。
【００２５】
（工程６）
さらに加熱して犠牲材７の沸点以上に昇温すると、空間に残存した犠牲材６の液体と、泡部７ａに取り込まれた液体とは気化して外部に放出される。
そして、発泡性樹脂７は完全に硬化し多孔層化した樹脂層を形成する。この結果、半導体チップ２上には、空隙９とその外側に多孔質樹脂層７が形成される
【００２６】
（工程７）〔図２（Ｇ）参照〕
樹脂８により半導体チップ２を包むようにモールド成型する。
【００２７】
（工程８）〔図２（Ｈ）参照〕
リードフレーム３を所定長さと形状となるように切断とフォーミングを行う。
【００２８】
以上の工程により、本発明のホール素子は製造される。
この工程とそれぞれの工程の温度との関係を示した温度プロファイルの一例を図５に示す。図中の括弧付き番号は上述した工程番号を示している。
【００２９】
本発明は、半導体チップ２上面Ｍや周囲に形成した犠牲材６の相変化と、発泡性樹脂７の発泡性と硬化性とを利用し、応力の干渉層となる多孔質樹脂を形成すると共に犠牲材６を除去してその多孔性樹脂層と半導体チップ２の周囲との間に空間を形成するものである。
【００３０】
犠牲材６は、固体・液体・気体の相変化を示すものであって半導体チップ２に悪影響を及ぼさないものであれば、何でも良い。例えば純水を使用することができる。犠牲材６の固相を形成する半導体チップの部位は、天面に限らず半導体チップ２の全周囲や天面以外の部分でも良い。
【００３１】
犠牲材６の除去は、加熱，加圧（減圧）等の方法を利用できる。例えば、犠牲材６として純水を使用した場合、加熱によりこれを水蒸気に変化させて除去することができる。
【００３２】
一方、発泡性樹脂７は、その硬化（発泡）過程で一旦は、犠牲材（水分）６をその泡部７ａに含み、さらに気化した犠牲材６（水蒸気）を透過させるものでればよい。
犠牲材６として純水を使用する場合は、水分透過性に優れる発泡性樹脂を使用することが好ましい。
【００３３】
次に、本発明のホール素子１０の一実施例を製造する工程について図２を用いて詳述する。
【００３４】
＜実施例＞
感磁面Ｍを有する半導体チップ２をリードフレーム３に装着し、半導体チップ２とリードフレーム３とをワイヤ４で接続後、純水６を感磁面Ｍ上に滴下し、降温して凍結させ氷６ａにした。〔図２（Ａ）〜図２（Ｄ）参照〕
【００３５】
この氷６ａと半導体チップ２とを覆うように発泡性シリコーン樹脂７を塗布した〔図２（Ｅ）参照〕。
使用した発泡性シリコーン樹脂７は、ジーイー東芝シリコーン株式会社製の液状シリコーンゴムのトスフォーム３００（トスフォームは登録商標）である。このトスフォーム３００は、２液加熱硬化型のシリコーン樹脂であり、Ａ液とＢ液とを重量比率１：１で混ぜ合わせると、室温で発泡して多孔性となり硬化するものである。
このトスフォーム３００以外にも同じくジーイー東芝シリコーン株式会社製の液状シリコーンゴムのＸＥ１８−Ａ８６５３を使用することもできる。これは、５０℃〜１００℃に加熱することで発泡して多孔性となり硬化するものである。もちろん、これらに限定されるものではない。
【００３６】
この混合液７ｃを半導体チップ２の感磁面Ｍ上の氷６ａを含めて覆うように塗布すると、氷６ａ上の部分は発泡せずに表面のみべたつきがなくなる状態になった。
【００３７】
その状態で室温まで昇温すると、この混合液７ｃは、発泡を開始し徐々に多孔質になった。
一方、純水６は、氷６ａから溶解して純水（液体）６ｂとなり、多孔質となったシリコーン樹脂７の多数の孔部７ａに取り込まれて保持される状態となった〔図２（Ｆ）参照〕。
そして、氷６ａとして占めていた空隙９は、シリコーン樹脂７の発泡によってこの樹脂から放出された炭化水素ガス７ｂ等によって占められた空隙となった。
【００３８】
さらに、この半導体チップ２上の空隙９とシリコーン樹脂７の層とを、１００℃以上に加熱し、シリコーン樹脂７内部の多孔質部分に含まれた純水６ｂを水蒸気６ｃに変化させ、シリコーン樹脂７を透して外部に解放し、完全に除去した。この過程においても、加熱昇温によって発泡は継続して生じており、シリコーン樹脂７中に含まれる水６ｂや水蒸気６ｃは完全に放出される。
この１００℃以上の水分放出ステップは、温度１７０℃〜１８０℃で実施した。この温度は、次工程のトランスファモールドでの温度と同じである。
この水分放出ステップにより、水分を完全に追い出すとともに、シリコーン樹脂７の発泡が完全硬化するまで継続することで、感磁面Ｍ上に作成された空隙９が、つぶれたり変形したりすることなく形状を維持できた。
【００３９】
以上のようにして形成された、半導体チップ２上に空隙９と、それの外側に半導体チップ２全体を覆うように形成された発泡樹脂層７とを封止するように、トランスファモールド工程により樹脂８により本体１を成形し〔図２（Ｇ）参照〕、その後、リードフレーム３を所定の形状に加工してホール素子１０を得た〔図２（Ｈ）参照〕。
【００４０】
この実施例のホール素子について不平衡電圧の温度特性を調べた結果を図３に示す。
この結果から、実施例のホール素子の不平衡電圧は、ある温度下でのばらつきが極めて小さくなっていることがわかる。
また、温度変化については、変化量が極めて小さく、またそれぞれホール素子間のばらつきも極めて小さいものであることがわかる。
従って、ホール素子の不平衡電圧の温度特性を大幅に改善することができるものであることが確認できた。
また、個々の不平衡電圧値のばらつきが極めて少ないので、個々に調整することなく、ある所定の値を補正値として多数のホール素子を調整することができるので、補正工数は大幅に少なくなり、補正作業が容易になることが確認できた。
【００４１】
さて、本発明の実施例は、上述した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形してもよいものである。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本願発明によれば、個々の不平衡電圧値のばらつきが少なく、温度変化に対して変動せず、不平衡電圧の補正が容易になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のホール素子の実施例を示す断面図である。
【図２】本発明のホール素子の実施例の製造する工程を説明する図である。
【図３】本発明のホール素子の実施例の不平衡電圧を示す図である。
【図４】本発明のホール素子の実施例を示す斜視図である。
【図５】本発明のホール素子の実施例の製造における温度プロファイルの例を説明する図である。
【図６】従来のホール素子を製造する方法を説明する図である。
【図７】従来のホール素子を説明する図である。
【図８】従来のホール素子の不平衡電圧を説明する図である。
【符号の説明】
１  本体
２  半導体チップ（ホール素子チップ）
３  リードフレーム
３ａ〜３ｄ  端子
４  ワイヤ
６  犠牲材（空隙形成材）
６ａ  氷
６ｂ  水
６ｃ  水蒸気
７  発泡性樹脂（シリコーン樹脂）（層）
７ａ  孔部（泡部）
７ｂ  炭化水素ガス
７ｃ  混合液
８  樹脂
９  空隙（部）
１０  ホール素子
Ｍ  天面
【図１】
2005019806.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005019806.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005019806.tif 000008
【図７】
2005019806.tif 000009
【図８】
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